构造破碎带隧道掌子面稳定性及加固效果分析

在构造破碎带地层中隧道开挖掌子面易失稳。采用有限元软件MIDAS/GTS模拟上下台阶法开挖,研究掌子面失稳机理及需采取的应对措施,并提出8种掌子面加固方案。结合洞内掌子面与拱顶监测数据,研究各加固方案下掌子面挤出位移、拱顶沉降位移及掌子面塑性应变。研究结果表明:构造破碎带掌子面挤出位移过大,地层软弱易进入塑性状态致使掌子面失稳;上台阶掌子面的中下侧为最容易失稳部位;采用原始支护+注浆加固4 m的方案对掌子面注浆加固能降低掌子面挤出位移、拱顶沉降位移及塑性应变,该方案支护效果最佳。     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。     

上软下硬地层隧道掌子面稳定性及塌方形态

为分析上软下硬地层对新奥法施工隧道稳定性的影响,定义掌子面软弱地层相对厚度系数无量纲参数;应用有限元模拟和强度折减相结合的方法,研究不同相对厚度系数下隧道掌子面的稳定性及其塌方形态。结果表明:软硬地层分界线在掌子面中,软弱地层相对厚度系数越大,稳定性越小;随着软弱地层相对厚度系数的增大,掌子面前方塌方范围扩大,最大位移在掌子面软弱地层中心偏下位置,应力拱的范围在扩大,且传递到掌子面下部的力更大,因此更应注重掌子面下部的加固。黏聚力和内摩擦角对掌子面稳定性的共同影响存在最优路径,沿此路径加固效果最为有效;掌子面稳定性随土体重度、开挖高度和掌子面软弱地层厚度的增大而减小;覆跨比对掌子面稳定性影响存在极值,以此作为确定隧道合理埋深的参考条件之一;地表超载只在浅埋情况下才影响掌子面的稳定性。     

超前加固和初期支护对浅埋隧道地表沉降控制的贡献率分析

为研究浅埋软岩隧道不同支护方式对地表沉降的影响,以硅藻土地层飞凤山隧道斜井试验段为依托,采用数值模拟和现场监测手段,研究超前加固和初期支护对浅埋硅藻土隧道地表沉降控制的贡献率差异。研究结果表明:初期支护与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少31.7%,后方测点减少77.2%,可见初期支护对地表沉降控制贡献显著;超前加固与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少55.5%,后方测点几乎无变化,可见超前加固(掌子面约束)对其前方地表沉降控制贡献相对显著,但对其后方沉降控制贡献低;此外值得注意的是掌子面挤出位移减少了80.4%,改善作用明显;同时实施初期支护和超前加固可近似认为是仅初期支护和仅超前加固的叠加结果。研究成果可为依托工程及今后类似浅埋隧道提供参考。     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

兰州地铁1号线下穿既有地下通道的影响分析

采用有限差分软件FLAC3D建立三维数值模型,模拟了兰州地铁1号线盾构隧道在砂卵石地层中下穿既有地下通道的施工过程,对比分析基底预加固和未加固2种工况下下穿施工对地下通道的影响和地基沉降变形情况,并且进一步分析了未加固时自由场地、已有地下通道2种场地条件下施工引起的地下通道基底变形情况。结果表明:基底预加固可使地下通道不均匀变形及整体沉降明显减小;地下通道的存在有提高地层整体刚度、抵御部分沉降变形的能力。工程实践表明,预加固有效控制了最大沉降量、最大沉降差和地层变形范围;地下通道变形均小于规范限值,整体稳定性良好。     

建筑物下地铁车站横向扩挖数值模拟分析

以成都地铁7号线火车北站在既有建筑物下横向扩挖工程为背景,采用弹塑性有限元模型对横向扩挖施工过程进行数值模拟,分析该扩挖工程不同扩挖宽度、不同车站层数施工时引起的地表沉降、建筑物基础沉降和掌子面水平位移的规律,以及扩挖前超前大管棚的加固效果。研究结果表明,各工况所产生的地表沉降、基础沉降与相对沉降、掌子面水平位移均较小,满足施工要求和不同的施工情况。     

软弱围岩隧道变形特性及控制措施

为研究隧道软弱围岩变形特性及控制方法,基于FLAC 3D有限差分方法,采用基于HoekBrown屈服准则的应变软化模型,分析银瓶山隧道掌子面预加固及超前支护对软岩隧道大变形的影响。研究结果表明:采用Hoek-Brown应变软化模型计算所得的围岩变形量大于采用理想弹塑性模型计算结果;针对隧道软弱围岩的大变形特性,提出掌子面预加固与超前锚杆相结合的支护方案。经实施和现场监测,该支护方案不仅能控制掌子面挤出位移,而且能有效控制软弱围岩的纵向位移。     

隧道管棚加预注浆超前支护数值模拟分析

管棚、超前预注浆加固作为隧道施工中的重要辅助工法,在防止隧道塌方、控制地表沉降、抑制地层位移等方面发挥了重大的作用。因此,2种预加固方法在我国被广泛应用。采用FLAC3D有限差分法软件,建立了管棚加预注浆超前支护、仅采用管棚支护、仅采用预注浆以及无任何支护作用下的四种开挖模型进行数值模拟分析,研究在控制隧道的应力、位移以及地表沉降方面的作用效应。     

深埋大断面隧道土石复合地层塌方机制及处置措施评价

针对黄陵—韩城—侯马铁路如意隧道施工通过土石复合地层时隧道围岩塌方事故,分析塌方的影响因素及机制,提出"管棚+小导管注浆"加固围岩以及增大初期支护和二衬的施工参数等处置措施;通过现场监测和三维数值模拟方法评价处置措施的效果。结果表明:复杂地层、围岩软弱、地下水是引发塌方的主要因素;由于土石复合地层和地下水的影响,使隧道拱部产生了较大的附加荷载,导致拱顶岩体鼓起破坏,进一步发展为掌子面拱部大范围的失稳破坏;对塌方地段隧道处置后,实测的拱顶沉降和水平收敛位移分别为26和30mm,拱顶初期支护与围岩之间的压力为128kPa,数值模拟的拱顶沉降从662mm下降到47mm,洞周的塑性区减小到原设计方案的63%,表明采用该处置措施有效地控制了围岩的压力和变形,降低了施工风险;在隧道施工中应注重掌子面的超前加固。     

地铁隧道开挖超前小导管预注浆参数对地表沉降的影响

以哈尔滨地铁三号线湘江路站—会展中心站区间大断面地铁隧道暗挖段施工为背景,采用FLAC 3D数值模拟软件研究不同超前小导管预注浆参数下地铁隧道开挖引起的地表沉降规律,计算结果显示,改善小导管投影长度、注浆半径及径向加固范围这3个参数可以有效地减小地表最大沉降量。基于这3个敏感性因素设计正交试验,以掌子面后方14 m处截面最大地表沉降和掌子面处地表沉降释放率为评价指标,通过极差分析和方差分析得出:小导管投影长度对地表沉降的影响最为显著,其次是注浆半径,而小导管径向加固范围的影响最小。     

富水软弱地层隧道复合加固机理及参数研究

水平旋喷技术因具备加固地层和止水的双重功能,成为富水软弱地层隧道预支护的较好选择,然而,受地质条件、材料特性及施工工艺限制,预支护体本身存在着不可避免的缺陷,若与掌子面加固复合应用可较好克服缺陷,针对两者复合机理进行分析,同时依托具体工程进行参数讨论。研究结果表明:水平旋喷桩径及刚度增至一定量时,对地表沉降控制效果不再明显;掌子面加固对掌子面挤出变形控制也有一个较优范围,超过该范围控制效果不明显。说明水平旋喷预支护与掌子面加固不能一味强调加固范围及刚度,应根据具体工程选择最佳值。     

宁波轨道交通车站基坑变形特征统计分析

重点对宁波轨道交通1号线一期工程13座地下2层车站基坑的墙体最大水平位移及墙后最大地表沉降进行研究,分析基坑墙体水平位移、墙后地表沉降的变化规律以及墙后地表沉降与墙体水平位移的关系。结果表明:受宁波软土流变特性影响,基坑墙体水平位移及墙后地表沉降均较大,其中墙体水平位移平均达0.46%H,墙后地表最大沉降平均值达0.7%H;墙后地表沉降呈现为"凹槽形",地表最大沉降位于(0.5~1.0)H范围内;墙后最大地表沉降与墙体最大水平位移比值的平均值为1.71。根据数据分析,提出坑底加固、基坑开挖重视"时空效应"、尽快施作垫层封闭基坑等建议。     

城际铁路暗挖隧道下穿高压输电钢管杆施工技术研究

长株潭城际铁路湘江隧道滨江新城—市政府区间下穿110 kV高压输电钢管杆,地层软硬不均,施工风险高。本文针对工程具体条件,提出了地层超前帷幕注浆加固和掌子面玻璃纤维锚杆预加固措施,采用液压破碎锤开挖方式,通过施工过程的有效控制,将隧道施工引起的地表沉降和高压输电钢管杆沉降与倾斜控制在容许范围内,施工效果良好,可为类似下穿高敏感结构物施工提供参考。     

超高压旋喷注浆法施工对地层扰动的研究

通过现场加固试验,对超高压旋喷注浆施工引起的周边地层的水平位移、分层沉降、孔隙水压变化进行监测和数据采集分析,结果表明:(1)超高压旋喷注浆施工对单一地层的水平扰动较小,距加固体3. 5 m范围外水平位移1. 0 mm,对地层界面、薄夹层区域影响略大,距加固体3. 5m范围外5. 0 mm,水平位移随净距加大而明显减小;(2)对地层的竖向扰动整体较小,一般单一地层隆起和沉降量5 mm,有薄弱面的地层界面处竖向位移较大,本试验测得最大52 mm;(3)对周边地层的孔隙水压力影响小,距离加固体1. 0 m之外地层的孔隙水压力受影响波动在3. 0 k Pa以内。研究结论:由于超高压旋喷注浆加固原理的不同,其施工对周边地层扰动影响较静压注浆明显减小,可更好地满足地下工程邻近施工防护的需要。     

大断面隧道下穿泥石流沟施工技术

兰渝铁路仓园隧道下穿泥石流沟松散堆积物地层,隧道在进入泥石流冲沟浅埋段后,出现掌子面多处渗水,围岩沉降最大达到1 389 mm,给施工人员造成极大的安全隐患。通过现场分析以及根据洞内施工情况分析,确定了对泥石流冲沟沟心段采取地表帷幕注浆、隧道掌子面注浆以及对仰拱基底加固的措施。通过后期施工验证其加固效果明显,对今后类似工程具有一定的借鉴与指导意义。     

浅埋暗挖隧道和大跨度隧道群穿越建筑物施工技术

1主要技术性能 结合土工离心模拟试验、数值模拟计算,研究软流塑地层隧道"大管棚 小导管超前预注浆法"施工的地层移动规律和对应的地表沉降量,以及管棚法施工的设计参数、施工工法工艺等;研究采用"水平旋喷法"的可行性及对应的地表沉降规律,水平旋喷法的设计参数、施工方法、水平旋喷体的加固效果等;研究"软弱围岩仰拱超前法",下导坑先进,大管棚 小导管注浆超前支护,地层移动规律及对应的地表沉降量,大管棚施工的设计参数、施工方法、工艺以及施工工效等.     

盾构隧道穿越上软下硬地层施工力学特性分析

上软下硬复合地层在盾构施工中常常造成盾构掘进姿态不佳及地表塌陷,严重时还可能导致管片局部出现破损。结合深圳地铁7号线穿越上软下硬地层的工程实例,采用数值模拟方法研究盾构隧道穿越上软下硬地层段("由软入硬"与"由硬入软")的施工力学特性,对地表及管片拱顶沉降、管片应力的变化规律进行分析,研究结果表明:盾构在穿越上软下硬交界地层过程中,地表沉降出现显著增大(增量最大可达1 cm),拱顶不均匀沉降的现象较为严重;对较软侧地层进行适当加固,可以有效减小上软下硬地层交界处的地表及管片拱顶沉降,同时能够降低"由软入硬"段管片的应力水平。     

昔格达地层隧道围岩灾变特征及致灾因子研究

研究目的:西南地区面积分布较为广阔的昔格达地层,因其遇水易泥化等特点严重影响着成昆铁路沿线隧道工程的建设,因此对其展开研究具有一定的现实与工程意义。本文对昔格达地层隧道围岩破坏形态进行现场调研,通过现场采样、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段对昔格达地层隧道围岩灾变特征与致灾因子进行深入研究。研究结论:(1)隧道穿越昔格达地层出现灾变数量多,尤其出现拱顶沉降、水平收敛过大、仰拱隆起基底突泥和掌子面塌方等典型灾变模式;(2)昔格达地层隧道围岩含水率在0%~25%范围内时,拱顶沉降、水平收敛、仰拱隆起和掌子面挤出变形等位移变化趋势较为一致,开挖过程中随着含水率的逐渐增大,隧道围岩变形越来越明显,当含水率从25%渐变到30%时,各部位的位移变化急剧增大,含水率在30%时,隧道各部位的累积沉降值达到隧道灾变状态,因此可将含水率25%定为昔格达地层隧道灾变临界值,含水率30%定为昔格达地层隧道围岩灾变值;(3)通过建立灾变因子指标体系,构造判断矩阵并赋值,利用层次分析法确定各因子的权重,灾变源因子影响权重最大的为昔格达地层自身地质及岩体力学性质因子0.625 0,其次是水文地质因子0.238 5,水文地质因子主要为地下水指标影响最大;(4)本研究结论可为西南地区昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。     

富水流塑软硬复合地层下地铁盾构隧道施工稳定性分析

以长沙轨道交通3号线一期工程地铁盾构隧道侧穿浏阳河大堤为工程背景,研究渗流作用下盾构隧道开挖对地表、地层及河堤变形的影响,进而提出变形控制方案,并通过实测数据对模拟结果进行验证。研究结果表明:由地下水上浮作用产生的隧道洞周围岩的竖向位移值占总位移值的20%～30%,在实际工程中该因素对隧道洞周围岩位移的影响不可忽略;未采取加固措施时,流固耦合效应下地表沉降不符合规范要求,提出三重管旋喷桩加固地层方案;采取加固措施后,通过对比发现未考虑流固耦合时隧道各关键部位的沉降值误差比考虑流固耦合时要大,这说明将考虑流固耦合效应的数值模拟作为隧道正式施工前的稳定性分析依据更加合理。